以二氧化钛(TiO2)为代表的光催化降解技术能够直接利用太阳能处理废水,具有重要的应用前景。然而,受限于光生电荷复合率高和可见光吸收弱,TiO2基光催化剂对难降解有机污染物(如抗生素)无法实现可见光高效去除,即使在全光谱辐射下也很难将其完全降解。尽管构建TiO2基异质结光催化剂能有效地促进光生电荷的空间分离和光吸收,但是现有TiO2基异质结仍存在低表面积以及低氧化还原活性位点的技术缺陷。尤其是当TiO2与强可见光吸收的金属氧化物(如α-Fe2O3)构成异质结时,能级的匹配就成为制约高效异质结光催化剂构建的瓶颈。因此,本论文针对TiO2基异质结存在低表面积、低氧化还原活性位点以及能级匹配问题,把中空/多孔结构及限域效应引入到TiO2基异质结光催化剂的设计与合成中,构建了三种高效的中空TiO2基异质结光催化剂,其主要研究内容如下:1.中空SiO2-Fe2O3＠TiO2限域型异质结的构建及其降解抗生素废水研究以阳离子聚苯乙烯微球(CPS)为模板,通过逐步法将Fe2O3包埋在中空内层SiO2和外层TiO2之间的纳米空间,制备出中空SiO2-Fe2O3@TiO2限域型异质结光催化剂。与传统表面负载型光催化剂相比(SiO2@TiO2-Fe2O3),所制备的限域型催化剂不仅实现了 Fe2O3与TiO2的能级匹配,而且还克服了表面负载型Fe2O3易失活、易团聚以及易脱落等一系列缺点。还确保TiO2表面能够进行高效的氧化反应,从而避免活性位点因堵塞而失活,致使其在模拟太阳光下实现了四环素和恩诺沙星的完全去除。2.中空TiO2 {101}/{001}晶面异质结的构建及其降解抗生素废水研究以CPS@TiO2为基体,通过NaF将外层TiO2进行氟化,促使TiO2的{101}和{001}两种晶面同时暴露于空心球表面。研究发现,{001}晶面具有大量的不饱和5c-Ti原子,在水中能产生高密度表面羟基,促进了 TiO2与四环素分子形成配位复合物,导致其强的可见光吸收,随后通过配体-金属电荷转移机制向TiO2导带注入光生电子而提高了其电荷分离,成功驱动了四环素的可见光高效降解(～90.1%)。再详细研究了晶面异质结与可见光四环素降解行为的影响机制,并运用原位谱学等分析手段,揭示了纯TiO2可见光降解四环素的活性来源。3.中空TiO2/Bi2O3 p-n异质结的构建及其降解抗生素废水研究以中空TiO2为载体,通过光沉积金属铋(Bi),再经高温煅烧将金属铋转化为Bi2O3,形成中空TiO2/Bi2O3 p-n异质结。由于p型Bi2O3和n型TiO2之间较大的费米能级差异,在其界面处产生强烈的内建电场,驱动光生电子-空穴对的分离与迁移,显著增强了 Bi2O3光生电子向TiO2导带注入的效率,展现出比传统异质结更优异的可见光催化行为,最终实现了可见光下对四环素完全降解的理想目标。